Технология и оборудование для переработки горбылей на пилопродукцию

А. В. Мехренцев Б. Е. Меньшиков Е. В. Курдышева




ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ГОРБЫЛЕЙ НА ПИЛОПРОДУКЦИЮ

Учебное пособие
























Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 674.093
ББК 37.132
      М55



Рецензенты:
кафедра технологических процессов и машин лесного комплекса Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С. М. Кирова;
директор ООО «Проектсервис» В. Е. Рысев



     Мехренцев, А. В.
М55 Технология и оборудование для переработки горбылей на пилопро-дукцию : учебное пособие / А. В. Мехренцев, Б. Е. Меньшиков, Е. В. Кур-дышева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 152 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-1148-6


          Даны краткие сведения о характеристиках горбылей как сырья для переработки на пилопродукцию, основных видах пилопродукции, вырабатываемой из горбылей. Приведены сведения о технологическом оборудовании для их переработки, условия их применения. Рассмотрены цехи и потоки по переработке горбылей и даны рекомендации по применению оборудования и технологических процессов в различных природнопроизводственных условиях работы лесозаготовительных предприятий.
          Для студентов направлений подготовки 35.03.02, 35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» по профилю «Лесоинженерное дело».

                                                          УДК 674.093
                                                          ББК37.132











ISBN 978-5-9729-1148-6 © Мехренцев А. В., Меньшиков Б. Е., Курдышева Е. В., 2023 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


    Введение.................................................... 5

    1.     Характеристика горбылей и основных видов готовой продукции, вырабатываемой из них..................................7
      1.1. Размерно-качественные характеристики горбылей и их
выход при переработке круглых лесоматериалов на пилопродукцию.................................................7
      1.2. Основные виды пилопродукции, вырабатываемые из горбылей...............................................20
        1.2.1. Деловые горбыли, обапол, горбыльный штакетник....20
        1.2.2. Необрезные и обрезные доски, бруски..............27
        1.2.3. Профильные фрезерованные детали..................31
        1.2.4.        Тонкомерно-короткомерная пилопродукция различного назначения...........................................38
      1.3.       Баланс древесины и основные показатели по выходу готовой продукции при переработке горбылей......................45
        1.3.1. Общиесведения....................................45
        1.3.2.        Ориентировочные показатели по выходу из горбылей различных видов продукции.......................................49

    2.     Технологическое оборудование для переработки горбылей на пилопродукцию................................................52
      2.1. Общие сведения.......................................52
      2.2. Торцовочные и концеравнительные станки...............53
      2.3.       Круглопильные станки для продольной распиловки горбылей   57
        2.3.1. Общие сведения...................................57
        2.3.2. Ребровые круглопильные станки....................59
        2.3.3. Обрезные круглопильные станки....................63
        2.3.4. Универсальные круглопильные станки...............68
      2.4. Ленточнопильные делительные станки...................75
      2.5. Фрезерно-горбыльные станки...........................83

    . „ ...
    3.    Потоки и цехи по переработке горбылей.................89
      3.1. Общие сведения.......................................89
      3.2. Потоки и цехи по переработке горбылей................91
        3.2.1.        Потоки по переработке горбылей на деловые горбыли, обапол и горбыльный штакетник...................................91
        3.2.2.        Потоки по переработке горбылей на необрезные и обрезные доски, бруски........................................97
        3.2.3.        Потоки и цехи по переработке горбылей на профильные фрезерованные детали.............................111


3

3.2.4.        Потоки по переработке горбылей на тонкомерно-короткомерную пилопродукцию................................. 121
      3.3.      Основы расчета производительности технологических потоков по переработке горбылей на пилопродукцию............ 129

    Контрольные вопросы для проверки пройденного материала....................................................136
    Библиографический список.................................139
    Приложение. Основные термины и определения...............140

4

ВВЕДЕНИЕ



    Лесопиление, в т. ч. шпалопиление и таропиление, является основным видом первичной переработки круглых лесоматериалов. Для производства различного вида пилопродукции в Российской Федерации используется примерно 55-60 % от общего объема заготовки круглых лесоматериалов. При этом, кроме основной пилопродукции (досок, брусьев, шпал и т. д.), получают различного вида сопутствующую продукцию¹: мелкую или сыпучую (опилки, щепа) и кусковую или крупную (горбыли, рейки, оторцовки), а также кору, являющуюся внебалансовым отходом, так как она в измерение и учет объема бревна не входит.
    Важнейшей задачей рационального раскроя круглых лесоматериалов является получение из них максимального объема пилопродукции с необходимыми характеристиками. Величина объемного выхода пилопродукции зависит от размерно-качественных характеристик сырья, назначения и требования к качеству пилопродукции, схем раскроя, типа оборудования и изменяется в пределах от 40 до 68 % обрезных пиломатериалов от объема сырья. Таким образом, с учетом потерь на усушку и распыл (5-6 %) от 27 до 55 % от объема сырья приходится на долю сопутствующей продукции, в том числе на долю горбылей -от 3-4 до 25-27 %.
    Существуют многочисленные направления использования сопутствующей продукции как вторичного сырья - в качестве топлива, производства из них технологической щепы и т. д. Одним из самых перспективных направлений использования горбылей является получения из них дополнительной пилопродукции, как наиболее дорогой и востребованной на рынке.
    Целесообразность переработки горбылей на пилопродукцию или применения их в других целях (на щепу различного назначения, в качестве топлива и т. д.) решается на основе технико-экономических расчетов. Если ранее на крупных лесопильно-деревоперерабатывающих предприятиях в большинстве случаев переработка горбылей на щепу и дальнейшее использование в качестве сырья для плитного, гидролизного или целлюлозно-бумажного производства было более эффективно, то в настоящее время на малых лесопильных предприятиях или тогда, когда потребности в щепе нет, а транспортировка ее экономически не целесообразна, горбыли во все больших объемах стали перерабатывать на пилопродукцию различного назначения. Кроме того, во многих случаях начали специально применяться технологии с получением на головном лесопильном оборудовании горбылей с требуемыми размерно-качественными характеристиками для выработки определенных видов продукции.

     ¹ Длительное время всю эту сопутствующую продукцию относили к кусковым (горбыли, рейки, оторцовки) или мягким (щепа, опилки) отходам.

5

    В последние годы для переработки горбылей на пилопродукцию начали использовать целый ряд специальных станков и технологий. Современное оборудование способно вырабатывать новые виды готовой продукции при оптимальном расходовании древесных ресурсов с большой добавленной стоимостью. Расширение номенклатуры выпускаемой из горбылей продукции позволяет предприятиям лесного комплекса, в первую очередь лесозаготовительным, быть конкурентоспсобными, занять свою нишу на рынке.
    Несмотря на все более широкое использование горбылей для получения из них пилопродукции технологические процессы их переработки практически не освещены в учебной литературе.
    В данном учебном пособии впервые комплексно рассмотрены и систематизированы основные вопросы, связанные с переработкой горбылей на различного вида пилопродукцию. Даны рекомендации по применению того или иного оборудования и технологических процессов в различных природно-производственных условиях работы лесозаготовительных предприятий [1-16].
    При написании учебного пособия были использованы сведения из различных источников, приведенных в библиографическом списке, специализированных журналах и на сайтах компаний-производителей оборудования для переработки горбылей на пилопродукцию.
    Авторы выражают благодарность Дьяковой А. С., Величко Е. С. и Пивоваровой А. А. за подготовку рукописи пособия к изданию.

6

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРБЫЛЕЙ И ОСНОВНЫХ ВИДОВ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ, ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ ИЗ НИХ

1.1. Размерно-качественные характеристики горбылей и их выход при переработке круглых лесоматериалов на пилопродукцию

    Круглые лесоматериалы, перерабатываемые на пилопродукцию, делятся на два вида: бревна и кряжи.
    Бревна - сортименты, предназначенные для выработки пиломатериалов общего назначения.
    Кряжи - (шпальные, тарные и др.) для выработки специальных видов пи-лопродукции (шпал, тары). Требования к этим круглым лесоматериалам, предназначенным для получения пилопродукции, регламентируются стандартами ГОСТ 9463-88 «Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия», ГОСТ 9462-88 «Лесоматериалы круглые лиственных пород. Технические условия». Для производства пиломатериалов и заготовок общего назначения используют все хвойные породы диаметром от 14 см и более, длиной 3-6,5 м, и лиственные породы диаметром также от 14 см и более, длиной 2,0-6,0 м.
    Для распиловки на шпалы применяют в основном хвойные лесоматериалы диаметром от 26 см и более, длиной 2,75; 5,5 м. Для производства деталей тары, черновых заготовок, клепки - хвойные и лиственные круглые лесоматериалы диаметром от 12сми длиной от1до6 м.
    При первичной переработке круглых лесоматериалов на различного вида основную товарную пилопродукцию (доски, бруски, брусья, шпалы и т. п.), кроме нее получают значительный объем сопутствующей продукции - горбылей, реек, щепы, опила.
    Одним из основных видов такой продукции, как по объему, так и по своей ценности являются горбыли. Горбыли - вид пилопродукции, у которых одна сторона пропилена по всей длине, а вторая полностью или частично сохраняет форму бревна. Условно их можно разделить на две группы:
    -     первая группа - горбыли, полученные при распиловке круглых лесоматериалов по поставам, предусматривающим максимально возможный выход основной продукции (брусьев, досок). В этом случае горбыли, как правило, тонкомерные и пригодны для дальнейшей переработки только на ограниченные виды пилопродукции. Их процентный выход от объема перерабатываемого сырья или незначителен, или отсутствует вообще, например, при применении некоторых типов агрегатных лесопильных станков², когда вся боковая часть бревна сразу же перерабатывается на щепу;


    ² На некоторых типах агрегатных (фрезерно-пильных) станков, при установке соответствующих рабочих органов (фрез и пил), из боковой (горбыльной) части бревна возможно непосредственное получение профильной пилопродукции.

7

    -     вторая группа - когда крупномерные горбыли (сегменты) специально выпиливают из круглых лесоматериалов как полуфабрикат для дальнейшей переработки на пилопродукцию. Такая технология впервые начала применяться при распиловке шпальных кряжей с минимальным числом резов, т. е. без получения необрезных досок (шпальной вырезки). Это позволило добиться увеличения производительности головного оборудования по выпуску шпал, а переработка полученных толстомерных горбылей велась на последующем специализированном лесопильном оборудовании на короткомерную пилопродукцию, в основном на тарную дощечку, и цехи с такой технологией получили название «шпалотарных».
    Технология с получением толстомерных горбылей, как полуфабриката для дальнейшей переработки, широко применятся и в настоящее время не только при выпиловке шпал, но и при раскрое по индивидуальному методу крупномерного, в том числе и низкокачественного пиловочного сырья, а также в некоторых других случаях.
    Особенностью горбылей при переработке их на пилопродукцию является значительные различия в их размерно-качественных характеристиках. Это связанно как с большим разнообразием характеристик круглых лесоматериалов, из которых выпиливают горбыли, так и установленного лесопильного оборудования для выработки основной пилопродукции, а также применяемых способов раскроя бревен и ряда других факторов.
     Круглые лесоматериалы, предназначенные для производства пилопродукции, подразделяются согласно ГОСТ 9463-88 и ГОСТ 9462-88 на 1-й, 2-й, 3-й сорта. Сорт сортиментов определенного назначения определяется по наличию и размерам пороков и дефектов древесины. К основным признакам качества круглых лесоматериалов и горбылей как их составной части, определяющих их сортность, является наличие или отсутствие тех или иных пороков или дефектов.
    Пороками считают недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность ее использования.
    Дефектами называют пороки древесины механического происхождения, возникающие в ней в процессе заготовки, транспортировки, сортировки, штабелевки и механической обработки (зарубы, запилы, кара, отщеп, скол и т. д.).
    Влияние пороков на качество древесины зависит от многих факторов - вида порока, размеров поражения древесины, места его расположения в сортименте и его назначения.
    Ряд пороков древесины обусловлены самой природой дерева, к таким порокам относят следующие:
    Сучки, являются основным сортоопределяющим пороком древесины. Допуск их во всех сортиментах, нормируется по размерам, а в ряде случаев и по количеству.
    Удельный вес сучков как сортообразующего порока в пиловочнике хвойных пород - в зависимости от района заготовки колеблется от 23 до 92 %, составляя в среднем 70 %. Подробная классификация разновидностей сучков по

8

разным признакам дана в ГОСТ 2140-81 «Видимые пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения».
    Грибные поражения. Из этой группы пороков в стандартах на круглые лесоматериалы нормируются: грибные ядровые пятна и полосы, а также ядровая гниль, дупла, побурения и наружная трухлявая гниль.
    Червоточины - личиночные и маточные ходы, а также летные отверстия различных насекомых, наблюдаемые на поверхности лесоматериалов в виде идущих в древесину круглых или овальных отверстий.
    Трещины - разрывы древесины вдоль волокон. В зависимости от характера повреждения трещины делятся на метиковые, отлупные, морозобойные и тре

щины усушки.
    Пороки формы стволов. К этой группе пороков относятся следующие:
    Кривизна - искривление продольной оси сортимента по длине. В зависимости от направления изгиба различают кривизну простую, характеризующую только одним изгибом сортимента, и сложную, характеризующуюся несколькими изгибами.

    Закомелистость - резкое увеличение диаметра комлевой части лесоматериалов, когда диаметр комлевого торца в 1,2 раза и более превышает диаметр

сортимента, измеренный на расстоянии 1мот этого торца.
     Сбежистость - естественное уменьшение толщины бревна от комлевого торца к вершинному, также в значительной степени влияет на выход горбылей и их размеры. Сбежистость определяется величиной сбега, которая характеризует уменьшение диаметра бревна в сантиметрах на одном метре длины. Величина сбега зависит от возраста дерева, условий произрастания, местоположение сортимента в стволе, толщины бревен, породы древесины и изменяется в пределах от 0,75 до 1,8 см/м. Фактический сбег отдельных бревен определяется как отношение разности между диаметрами в комлевом (D) и вершинном (d) торцах к длине бревна (L):


D - d
L

5 =

(1.1)

    Для пиловочных бревен хвойных пород средние значения сбега в зависимости от диаметра в вершинном торце хвойных пород приведены в табл. 1.1. Значения сбегов, указанные в этой таблице, должны учитываться для определения величины сбеговой зоны в бревне при планировании раскроя и выборе постава пил, обеспечивающего рациональный раскрой бревен.
    В следствие сбега различие между вершинным и комлевым диаметрами бревен будет зависить как от диаметра бревна, так и от его длины. Так, для пиловочных бревен диаметром 14-18 см это различие составляет для четырехметровых бревен -3,2 см, шестиметровых - 4,8 см; для бревен диаметром 24-26 см эта величина составляет 4,4 и 6,6 см, а для толстомерного пиловочного сырья диаметром 40-45 см равно 5,4и8,1см.


9

Значение средних сбегов для пиловочного сырья

Таблица 1.1

Диаметр бревна, Средний сбег, Диаметр бревна, Средний сбег,
      см            см/м            см            см/м     
     12-13          0,75           39-42          1,35     
     14-18          0,80           43-46          1,45     
     19-22          0,90           47-50          1,55     
     23-26          1,00           51-55          1,65     
     27-30          1,10           56-58          1,70     
     31-34          1,15           60 и            180     
     35-38          1,25           более                   

     Кроме этих основных пороков, оказывающих влияние на размернокачественные характеристики круглых лесоматериалов, а следовательно и горбылей как их составной части, встречаются и другие пороки, например -нарост - резкое утолщение ствола, имеющие различные формы и размеры, неправильное свиливатое строение древесины. Эти пороки встречаются чаще у лиственных древесных пород.
     Пороки строения древесины. Из относящихся к этой группе пороков древесины в стандартах на круглые лесоматериалы отмечается: тангентальный наклон волокон, крень, двойная сердцевина, пасынок, прорость, рак, засмолок, ложное ядро, внутренняя заболонь.
     Механические повреждения. Повреждения древесины лесоматериалов инструментами и механизмами при заготовке, подсочке, транспортировке и т. д.
     Все перечисленные выше пороки и дефекты круглых лесоматериалов имеются и в горбылях, используемых для переработки на различного вида пилопродукцию, и их наличие влияет на качество. Особенно значимыми и встречающимися во всех из них являются пороки формы ствола. В горбылях, полученных из комлевых бревен, всегда будет присутствовать закомелистость.
     Для пиловочника лиственных пород в результате предварительного отбора из хлыстов высококачественных сортиментов специального назначения, характерно наличие большого количества сучков, чрезмерной кривизны, сбежи-стости, трещин, повреждений насекомыми и т. п.
     Некоторые, наиболее распространенные формо-размерные виды горбылей приведены на рис. 1.1.
     Как видно из этого рисунка, горбыли могут быть по всей длине деловыми (рис. 1.1, а, б, в), т. е. таких размеров и качества, которые полностью пригодны для дальнейшей переработки на ту или иную пилопродукцию, так и с разными дефектами, которые необходимо предварительно удалить - с чрезмерным утолщением комлевого конца (рис. 1.1, д), с сужением в середине (рис. 1.1, е) или вершинном торце горбыля (рис. 1.1, г), со значительной кривизной (рис. 1.1, з, и) и трещинами на концах (рис. 1.1, к, л). В некоторых горбылях могут встречаться несколько видов пороков одновременно.

10

Рис. 1.1. Основные формо-размерные виды горбылей:
деловые по всей длине: а - дощатый; б - горбыльный; в-с одной обрезной кромкой; с различного вида пороками и дефектами: г-со значительным сбегом по длине и тонким «шилохвостым» концом; д-с утолщением комлевой части; е-с сужением в середине; ж-с значительной разнотолщинностью по длине; з- с односторонней кривизной; и-с двухсторонней кривизной;
к,л-с трещинами на концах

    Для переработки круглых лесоматериалов на пилопродукцию применяются различные методы и способы раскроя.
    В настоящее время пилопродукция из бревен и кряжей получается путем механической обработки их резанием следующими основными методами:
     -      пилением, т. е. резанием древесины пилами различной формы, рода движения и назначения;
    -     фрезерованием, т. е. резанием древесины ножами, установленными на вращающихся головках;
    -     совмещением этих двух способов.
    Формирование сечения пилопродукции методом пиления происходит путем продольного деления круглого леса различными способами. Выбор способа раскроя бревен обуславливается требованиями к размерам и качеству вырабатываемой продукции, размернокачественными характеристиками сырья, а также типом оборудования, применяемого при раскрое. К основным способам при получении пиломатериалов общего назначения можно отнести следующие: вразвал, с брусовкой, круговой. Каждый из них имеет ряд разновидностей (рис. 1.2).
    Схема раскроя сырья вразвал (рис. 1.2, а) характеризуется делением его по параллельным плоскостям одним или несколькими режущими инструментами. Способ раскроя вразвал используется для получения необрезных досок с различным расположением пластей относительно годичных слоев. Способ является рациональным при раскрое бревен диаметром до 18 см и для сырья, имеющего искривление ствола. Необрезные доски, полученные после развала бревна, могут быть переработаны в обрезные или переданы для раскроя на заго-11

товки в необрезном виде. Наиболее часто раскрой вразвал применяется для распиловки березового сырья, которое в 70 % случаев имеет простую или сложную кривизну по длине сортиментов. При этой схеме раскроя из бревна, кроме необрезных досок, получают два горбыля различных размеров.


Рис. 1.2. Основные способы распиловки бревен при получении пиломатериалов общего назначения и горбылей:
а - вразвал; б-с брусовкой; б' - раскрой бруса вразвал; б" - раскрой с брусовкой без получения необрезных досок; б''' - раскрой на трехкантный брус; в', в'', в''' - круговой способ раскроя; 1 - необрезные доски;
2 - горбыли; 3 - двухкантный брус; 4 - обрезные доски; 5 - трехкантный брус

    Раскрой сырья с брусовкой (рис. 1.2, б) применяется в том случае, когда преобладающее количество готовой продукции должно иметь определенные размеры поперечного сечения. Деление с брусовкой наиболее широко распространено для переработки бревен крупных диаметров. По этой схеме вначале из круглого леса получают один или несколько брусьев толщиной, равной ширине досок, которые затем делятся поодиночно или совместно на готовую продукцию требуемой толщины. Количество выпиливаемых брусьев зависит от диаметра бревен. Из боковой части бревна и бруса получают необрезные доски и четыре горбыля (два из бревна и два из бруса).
    Кроме этого традиционного способа раскроя бревен с брусовкой, в основном применяемого на лесопильных рамах, в последние годы широко применяется распиловка с брусовкой с получением на головных станках проходного типа (ленточнопильных или круглопильных) одного двухкантного бруса с последующей переработкой на обрезные доски на оборудовании второго ряда (рис. 1.2, б'') и двух толстых горбылей, которые распиливаются на специализированном технологическом потоке.
    С целью повышения эффективности применения ленточнопильного оборудования в лесопилении стали внедрятся многоленточные комплексы проход-12